第三章電阻傳感器

第三章電阻傳感器第1頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-1應(yīng)變式傳感器應(yīng)變式傳感器是基于金屬電阻的應(yīng)變效應(yīng)制成。一、金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)金屬導(dǎo)體的電阻隨著機(jī)械變形（伸長或縮短）的大小發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。第三章電阻式傳感器第2頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬絲受拉時(shí)，l、r和R將如何變化？提出問題第三章電阻式傳感器第3頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論：金屬絲受拉時(shí)，l變長、r變小，導(dǎo)致R變大。第三章電阻式傳感器第4頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月lΔlΔrrFF設(shè)一根長為l，截面積為S，電阻系數(shù)為ρ的電阻絲，其電阻值R為：導(dǎo)線兩端受到力F作用時(shí)第三章電阻式傳感器第5頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月將上式取對數(shù)再微分，則引起電阻值變化dR：因，由材料力學(xué)可知：（徑向變化），式中泊松比表示電阻絲軸向的相對變化，也就是應(yīng)變。第三章電阻式傳感器第6頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月令則K——金屬電阻絲的相對靈敏度系數(shù)。金屬電阻絲的相對靈敏度系數(shù)受兩個(gè)因素影響：（1）受力后材料的幾何尺寸變化所引起的；即（2）受力后材料的電阻率發(fā)生變化引起的；即項(xiàng)項(xiàng)第三章電阻式傳感器第7頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月二、應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)應(yīng)變片由電阻絲（敏感柵）、基底、引線和粘合劑組成。第三章電阻式傳感器第8頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月敏感柵由很細(xì)的電阻絲（0.01~0.05mm）或箔式金屬片（厚度為3~10μm）組成。敏感柵常用下列材料制成：（1）康銅（銅鎳合金）：最常用；（2）鎳鉻合金：多用于動(dòng)態(tài)；（3）鎳鉻鋁合金：作中、高溫應(yīng)變片；（4）鎳鉻鐵合金：疲勞壽命要求高的應(yīng)變片；（5）鉑及鉑合金：高溫動(dòng)態(tài)應(yīng)變測量。第三章電阻式傳感器第9頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章電阻式傳感器第10頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電阻應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)定義為：為軸向應(yīng)變。其中實(shí)驗(yàn)證明，電阻絲的應(yīng)變靈敏度系數(shù)不等于電阻絲應(yīng)變片的應(yīng)變靈敏度系數(shù)，即。（電阻絲應(yīng)變片存在橫向效應(yīng)）第三章電阻式傳感器第11頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月l0PP2bar圖4放大的柵狀電阻應(yīng)變片及彎角部分示意圖縱向應(yīng)變造成電阻增加，橫向應(yīng)變造成電阻減少。第三章電阻式傳感器第12頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月經(jīng)推導(dǎo)得：n——直線部分柵絲的數(shù)目；n-1——彎角部分的個(gè)數(shù)。可見，即應(yīng)變片存在橫向效應(yīng)使應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)小于電阻絲的應(yīng)變靈敏度系數(shù)。第三章電阻式傳感器第13頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月小結(jié)金屬電阻應(yīng)變片金屬絲式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片金屬薄膜應(yīng)變片應(yīng)用較多

金屬絲式應(yīng)變片使用最早，但由于金屬絲式應(yīng)變片蠕變較大，金屬絲易脫膠，有逐漸被箔式所取代的趨勢。但其價(jià)格便宜，多用于應(yīng)變、應(yīng)力的大批量、一次性試驗(yàn)。

箔式應(yīng)變片與片基的接觸面積大得多，散熱條件較好，在長時(shí)間測量時(shí)的蠕變較小，一致性較好，能將溫度影響減小到最小的程度，適合于大批量生產(chǎn)。第三章電阻式傳感器第14頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月由于機(jī)械應(yīng)變一般都很小,那么考慮通常采用直流電橋和交流電橋。提出問題？三、電阻應(yīng)變片的測量轉(zhuǎn)換電路

要把微小應(yīng)變引起的微小電阻變化測量出來；

同時(shí)要把電阻相對變化ΔR/R轉(zhuǎn)換為電壓或

電流的變化。應(yīng)該采用什么測量轉(zhuǎn)換電路？回答第三章電阻式傳感器第15頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月1.直流電橋由四個(gè)橋臂R1、R2、R3及R4和一個(gè)供橋電源U組成。R1R2R3R4BDUoUACRLIL－＋

電路特點(diǎn)：當(dāng)被測量無變化，且四橋臂滿足一定的關(guān)系，輸出為零；當(dāng)被測量發(fā)生變化時(shí)，測量電橋平衡被破壞，有電壓輸出。

電路組成其中，RL為負(fù)載電阻

Uo為電橋輸出電壓。第三章電阻式傳感器第16頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月A.直流電橋a.電橋平衡條件R1R2R3R4BDUoUACRLIL－＋當(dāng)電橋平衡時(shí),Uo=0,則有：R1R4=R2R3欲使電橋平衡,其相鄰兩臂電阻的比值應(yīng)相等,或相對兩臂電阻的乘積相等?！姌蚱胶鈼l件結(jié)論：或第三章電阻式傳感器第17頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月R1R2R3R4BDUoUACRLIL－＋分析：b.電壓靈敏度（1）R2,R3,R4為電橋固定電阻這就構(gòu)成了單臂電橋。R1為電阻應(yīng)變片第三章電阻式傳感器第18頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）當(dāng)R1產(chǎn)生應(yīng)變時(shí),若應(yīng)變片電阻變化為ΔR1，其它橋臂固定不變，電橋輸出電壓Uo≠0R1R2R3R4BDUoUACRLIL－＋分析：b.電壓靈敏度電橋不平衡輸出電壓為:設(shè)橋臂比n=R2/R1考慮到平衡條件R2/R1=R4/R3且ΔR1/R1很小可忽略第三章電阻式傳感器第19頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電橋電壓靈敏度定義為：R1R2R3R4BDUoUACRLIL－＋分析：b.電壓靈敏度電橋不平衡輸出電壓為:第三章電阻式傳感器第20頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月②電橋電壓靈敏度Ku=Ku(n)，恰當(dāng)?shù)剡x擇橋臂比n的值，保證電橋具有較高的電壓靈敏度。分析可知：——電橋電壓靈敏度①電橋電壓靈敏度Ku正比于電橋供電電壓U

提出問題？當(dāng)U值確定后,n值取何值時(shí)使Ku最高？但供電電壓U的提高受到應(yīng)變片允許功耗的限制，所以要作適當(dāng)選擇;U↑→Ku↑第三章電阻式傳感器第21頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)dKu/dn=0時(shí)，求Ku的最大值。即：在電橋電壓確定后,當(dāng)R1=R2=R3=R4時(shí),電橋電壓靈敏度最高,此時(shí)有解決辦法：求得n=1時(shí),

Ku為最大值當(dāng)電橋電壓U和電阻相對變化量ΔR1/R1一定時(shí),電橋的輸出電壓及其靈敏度也是定值,且與各橋臂電阻阻值大小無關(guān)。結(jié)論：第三章電阻式傳感器第22頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月c.非線性誤差及其補(bǔ)償方法理想值實(shí)際值——非線性誤差如果是四等臂電橋,R1=R2=R3=R4,則提出問題？非線性誤差是否能滿足測量要求？第三章電阻式傳感器第23頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月討論：非線性誤差是否能滿足測量要求？對于一般應(yīng)變片來說，所受應(yīng)變?chǔ)磐ǔＴ?×10-3以下。（1）若取K=2,則ΔR1/R1=Kε=0.01,代入上式計(jì)算得非線性誤差為0.5%;（2）若K=130,ε=1×１0-3時(shí),ΔR1/R1=0.130,則得到非線性誤差為6%。結(jié)論：K較小時(shí)，非線性誤差能滿足測量要求；當(dāng)K↑到某值時(shí)，非線性誤差已不能滿足測量要求。利用和兩式，有：必須予以減小和克服非線性誤差。如何解決？第三章電阻式傳感器第24頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月解決辦法：——（1）差動(dòng)電橋即：在試件上安裝兩個(gè)工作應(yīng)變片,一個(gè)受拉應(yīng)變,一個(gè)受壓應(yīng)變,接入電橋相鄰橋臂,稱為半橋差動(dòng)電路。第三章電阻式傳感器第25頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月R1R2R3R4BDUoUACRLIL－＋單臂電橋R1R2R3R4BDUoUACRLIL－＋雙臂電橋（半橋式）R1測量R2R4R3abUoU單臂工作R1測量R2R4R3abUoU測量雙臂工作第三章電阻式傳感器第26頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月解決辦法：——（1）差動(dòng)電橋即：在試件上安裝兩個(gè)工作應(yīng)變片,一個(gè)受拉應(yīng)變,一個(gè)受壓應(yīng)變,接入電橋相鄰橋臂,稱為半橋差動(dòng)電路。測量R1R2R4R3abUoU測量半橋式（雙臂工作）該電橋輸出電壓為若則得第三章電阻式傳感器第27頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月解決辦法：——（1）差動(dòng)電橋☆呈線性關(guān)系；☆無非線性誤差；☆電橋電壓靈敏度K=U

/2,比單臂工作時(shí)提高一倍。結(jié)論：第三章電阻式傳感器解決辦法：——（2）恒流源電橋非線性誤差減少，但不能消除，一般用于半導(dǎo)體應(yīng)變片中。見教科書P30。第28頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月解決辦法：——（2）恒流源電橋非線性誤差減少，但不能消除，一般用于半導(dǎo)體應(yīng)變片中。第三章電阻式傳感器第29頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月d.電壓靈敏度的不足第三章電阻式傳感器單臂電橋電壓靈敏度定義為：雙臂電橋電壓靈敏度定義為：因應(yīng)變片的電阻變化與溫度有關(guān)，而溫度與供電電壓有關(guān)。因此直流電橋的供電電壓一般取1~3v。第30頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章電阻式傳感器解決辦法：——四臂電橋（全橋電路）測量R1R2R4R3abUoU測量全橋式（四臂工作）測量測量即：在試件上安裝四個(gè)工作應(yīng)變片,兩組相對橋臂分別同時(shí)受拉應(yīng)變,和受壓應(yīng)變,稱為全橋差動(dòng)電路。該電橋輸出電壓為第31頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章電阻式傳感器解決辦法：——四臂電橋（全橋電路）該電橋輸出電壓為若：則：可知全橋電壓靈敏度為：第32頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月e.溫度誤差及其補(bǔ)償?shù)谌码娮枋絺鞲衅?、敏感柵電阻隨溫度的變化引起的誤差。當(dāng)環(huán)境溫度變化△t時(shí)，敏感柵材料電阻溫度系數(shù)為αt，則引起的電阻相對變化為2、試件材料的線膨脹引起的誤差。當(dāng)溫度變化△t時(shí)，因試件材料和敏感柵材料的線膨脹系數(shù)不同，應(yīng)變片將產(chǎn)生附加拉長（或壓縮），引起的電阻相對變化溫度誤差第33頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月e.溫度誤差及其補(bǔ)償?shù)谌码娮枋絺鞲衅飨鄳?yīng)的虛假應(yīng)變輸出可得由于溫度變化而引起的總電阻相對變化為第34頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月e.溫度誤差及其補(bǔ)償?shù)谌码娮枋絺鞲衅鲉谓z自補(bǔ)償法自補(bǔ)償法組合式自補(bǔ)償法線路補(bǔ)償法溫度補(bǔ)償電橋補(bǔ)償法外電路補(bǔ)償法第35頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月e.溫度誤差及其補(bǔ)償?shù)谌码娮枋絺鞲衅鳎?）單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片

由溫度引起的虛假應(yīng)變輸出可知，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)臈l件為當(dāng)被測試件的線膨脹系數(shù)βg已知時(shí)，通過選擇敏感柵材料，使下式成立

即可達(dá)到溫度自補(bǔ)償?shù)哪康?。?yōu)點(diǎn)：易加工，成本低，缺點(diǎn)：只適用特定試件材料，溫度補(bǔ)償范圍較窄。第36頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月e.溫度誤差及其補(bǔ)償?shù)谌码娮枋絺鞲衅鱎1R2組合自補(bǔ)償法（2）雙金屬敏感柵自補(bǔ)償應(yīng)變片

敏感柵絲由兩種不同溫度系數(shù)的金屬絲串接組成選用兩者具有不同符號(hào)的電阻溫度系數(shù)調(diào)整R1和R2的比例，使溫度變化時(shí)產(chǎn)生的電阻變化滿足通過調(diào)節(jié)兩種敏感柵的長度來控制應(yīng)變片的溫度自補(bǔ)償，可達(dá)±0.45μm/℃的高精度第37頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月e.溫度誤差及其補(bǔ)償?shù)谌码娮枋絺鞲衅鳎?）電橋補(bǔ)償

測量應(yīng)變時(shí)，工作應(yīng)變片R1粘貼在被測試件表面上，補(bǔ)償應(yīng)變片RB粘貼在與被測試件材料完全相同的補(bǔ)償塊上，且僅工作應(yīng)變片承受應(yīng)變。當(dāng)被測試件不承受應(yīng)變時(shí)，R1和RB又處于同一環(huán)境溫度為t的溫度場中，調(diào)整電橋參數(shù)使之達(dá)到平衡。第38頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月e.溫度誤差及其補(bǔ)償?shù)谌码娮枋絺鞲衅鳎?）電橋補(bǔ)償

令：R1=RB=R3=R4=R當(dāng)R1上有應(yīng)力產(chǎn)生，R1和RB上的溫度影響一致時(shí)：輸出與溫度無關(guān)第39頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月e.溫度誤差及其補(bǔ)償?shù)谌码娮枋絺鞲衅鳎?）電橋補(bǔ)償

為達(dá)到完全補(bǔ)償，需滿足下列三個(gè)條件：

①R1和R2須屬于同一批號(hào)的，即它們的電阻溫度系數(shù)α、線膨脹系數(shù)β、應(yīng)變靈敏系數(shù)K都相同，兩片的初始電阻值也要求相同；②用于粘貼補(bǔ)償片的構(gòu)件和粘貼工作片的試件二者材料必須相同，即要求兩者線膨脹系數(shù)相等；③兩應(yīng)變片處于同一溫度環(huán)境中。此方法簡單易行，能在較大溫度范圍內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)償。缺點(diǎn)是三個(gè)條件不易滿足，尤其是條件③。在某些測試條件下，溫度場梯度較大，R1和R2很難處于相同溫度點(diǎn)。第40頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月e.溫度誤差及其補(bǔ)償?shù)谌码娮枋絺鞲衅鳎?）外補(bǔ)償

采用熱敏電阻進(jìn)行補(bǔ)償。熱敏電阻Rt與應(yīng)變片處在相同的溫度下，當(dāng)應(yīng)變片的靈敏度隨溫度升高而下降時(shí)，熱敏電阻Rt的阻值下降，使電橋的輸入電壓溫度升高而增加，從而提高電橋輸出電壓。選擇分流電阻R5的值，可以使應(yīng)變片靈敏度下降對電橋輸出的影響得到很好的補(bǔ)償。USCR2R4R1R3ERtR5第41頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月d.零點(diǎn)誤差及其補(bǔ)償?shù)谌码娮枋絺鞲衅鳛檫_(dá)到電橋平衡，必須消除零點(diǎn)誤差。即在沒有應(yīng)力產(chǎn)生的情況下，保證電橋輸出為0。第42頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

應(yīng)變片R1工作時(shí),其電阻值變化很小，即：△R1很小

電橋相應(yīng)輸出電壓也很小，即：Uo很小所以，一般需要加入放大器放大。放大器（1）考慮：R1R2R3R4BDUoUACRLIL－＋g.直流電橋存在的不足第三章電阻式傳感器存在零點(diǎn)漂移第43頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月交流電橋R1R2R3R4BDACRLIL~C1C2由于供橋電源為交流電源,引線分布電容使得橋臂應(yīng)變片呈現(xiàn)復(fù)阻抗特性。即相當(dāng)于二只應(yīng)變片各并聯(lián)了一個(gè)電容,則每一橋臂上復(fù)阻抗分別為：a.電路特點(diǎn)第三章電阻式傳感器第44頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月交流電橋由交流電路分析可得要滿足電橋平衡條件,即Uo=0,則有·Z1

Z4=Z2

Z3a.平衡條件其實(shí)部、虛部分別相等,并整理可得:第三章電阻式傳感器第45頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月交流電橋電阻平衡條件電容平衡條件交流電橋的平衡條件:其實(shí)部、虛部分別相等,并整理可得:即要滿足電阻平衡條件，還要滿足電容平衡條件。第三章電阻式傳感器第46頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月交流電橋交流電容電橋除要滿足電阻平衡條件外,還必須滿足電容平衡條件。為此在橋路上除設(shè)有電阻平衡調(diào)節(jié)外還設(shè)有電容平衡調(diào)節(jié)。第三章電阻式傳感器第47頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月1、幾何尺寸：敏感柵基長、基寬、應(yīng)變片的基底長和基底寬；2、初始電阻：未粘貼前，在室溫下測得的電阻(常用120Ω)；3、絕緣電阻：敏感柵與基底間的電阻值；4、允許工作電流：最大的工作電流。五、應(yīng)變片的主要參數(shù)第三章電阻式傳感器第48頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月六、電阻應(yīng)變傳感器應(yīng)用磅秤超市打印秤第三章電阻式傳感器第49頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月六、電阻應(yīng)變傳感器應(yīng)用原理將物品重量通過懸臂梁轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)變形再通過應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電量輸出。第三章電阻式傳感器第50頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月六、電阻應(yīng)變傳感器應(yīng)用第三章電阻式傳感器第51頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月六、電阻應(yīng)變傳感器應(yīng)用調(diào)零電位器傳感器電路第三章電阻式傳感器第52頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月六、電阻應(yīng)變傳感器應(yīng)用信號(hào)處理電路（1）第三章電阻式傳感器第53頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月六、電阻應(yīng)變傳感器應(yīng)用信號(hào)處理電路（2）第三章電阻式傳感器第54頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月六、電阻應(yīng)變傳感器應(yīng)用數(shù)字濾波技術(shù)用軟件通過計(jì)算或判斷減少干擾在信號(hào)中的比例。

數(shù)字濾波的特點(diǎn)：不需硬設(shè)備，可靠性高，參數(shù)修改方便，效果好（可對低頻信號(hào)如0.001Hz以下實(shí)現(xiàn)濾波）。

常用數(shù)字濾波方法：平均值濾波、中值濾波、限幅濾波、慣性濾波等。

第三章電阻式傳感器第55頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月六、電阻應(yīng)變傳感器應(yīng)用1、限幅濾波法（又稱程序判斷濾波法）A、方法：

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，確定兩次采樣允許的最大偏差值（設(shè)為A）每次檢測到新值時(shí)判斷：

如果本次值與上次值之差<=A,則本次值有效

如果本次值與上次值之差>A,則本次值無效,放棄本次值,用上次值代替本次值。

B、優(yōu)點(diǎn)：能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾

C、缺點(diǎn)：無法抑制那種周期性的干擾平滑度差

第三章電阻式傳感器第56頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月六、電阻應(yīng)變傳感器應(yīng)用假定從8位AD中讀取數(shù)據(jù)，子程序?yàn)間et_ad();

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A值可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，value為有效值new_value為

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}第三章電阻式傳感器第57頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月六、電阻應(yīng)變傳感器應(yīng)用2、中位值濾波法A、方法：

連續(xù)采樣N次（N取奇數(shù)）

把N次采樣值按大小排列

取中間值為本次有效值

B、優(yōu)點(diǎn)：

能有效克服因偶然因素引起的波動(dòng)干擾

對溫度、液位的變化緩慢的被測參數(shù)有良好的濾波效果

C、缺點(diǎn)：對流量、速度等快速變化的參數(shù)不宜第三章電阻式傳感器第58頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月六、電阻應(yīng)變傳感器應(yīng)用/*

N值可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，排序采用冒泡法*/#defineN

11

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}

假定從8位AD中讀取數(shù)據(jù)，子程序?yàn)間et_ad();

第三章電阻式傳感器第59頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月六、電阻應(yīng)變傳感器應(yīng)用3、算術(shù)平均濾波法A、方法：

連續(xù)取N個(gè)采樣值進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算

N值較大時(shí)：信號(hào)平滑度較高，但靈敏度較低

N值較小時(shí)：信號(hào)平滑度較低，但靈敏度較高

N值的選取：一般流量：N=12；壓力：N=4

B、優(yōu)點(diǎn)：

適用于對一般具有隨機(jī)干擾的信號(hào)進(jìn)行濾波。

這樣信號(hào)的特點(diǎn)是有一個(gè)平均值，信號(hào)在某一數(shù)值范圍附近上下波動(dòng)

C、缺點(diǎn)：

對于要求數(shù)據(jù)計(jì)算速度較快的實(shí)時(shí)控制不適用，比較浪費(fèi)RAM

第三章電阻式傳感器第60頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月六、電阻應(yīng)變傳感器應(yīng)用假定從8位AD中讀取數(shù)據(jù)，子程序?yàn)間et_ad();

#defineN12

charfilter()

{

int

sum=0;

for(count=0;count<N;count++)

{

sum+=get_ad();

delay();

}

return(char)(sum/N);

}

第三章電阻式傳感器第61頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月六、電阻應(yīng)變傳感器應(yīng)用4、遞推平均濾波法（又稱滑動(dòng)平均濾波法）

A、方法：

把連續(xù)取N個(gè)采樣值看成一個(gè)隊(duì)列

隊(duì)列的長度固定為N

每次采樣到一個(gè)新數(shù)據(jù)放入隊(duì)尾,并扔掉原來隊(duì)首的一次數(shù)據(jù).(先進(jìn)先出原則)

把隊(duì)列中的N個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算,就可獲得新的濾波結(jié)果

N值的選?。毫髁?，N=12；壓力：N=4；液位，N=4~12；溫度，N=1~4

B、優(yōu)點(diǎn)：

對周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高

適用于高頻振蕩的系統(tǒng)

C、缺點(diǎn)：

對偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾的抑制作用較差

比較浪費(fèi)RAM

第三章電阻式傳感器第62頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月六、電阻應(yīng)變傳感器應(yīng)用假定從8位AD中讀取數(shù)據(jù)，子程序?yàn)間et_ad();

#defineN12

charvalue_buf[N];

chari=0;

charfilter()

{

charcount;

int

sum=0;

value_buf[i++]=get_ad();

if(i==N)

i=0;

for(count=0;count<N,count++)

sum=value_buf[count];

return(char)(sum/N);

}

第三章電阻式傳感器第63頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月六、電阻應(yīng)變傳感器應(yīng)用5、中位值平均濾波法（防脈沖干擾平均濾波法）

A、方法：

相當(dāng)于“中位值濾波法”+“算術(shù)平均濾波法”

連續(xù)采樣N個(gè)數(shù)據(jù)，去掉一個(gè)最大值和一個(gè)最小值

然后計(jì)算N-2個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值

N值的選取：3~14

B、優(yōu)點(diǎn)：

融合了兩種濾波法的優(yōu)點(diǎn)

對于偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾，可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差

C、缺點(diǎn)：

測量速度較慢，和算術(shù)平均濾波法一樣比較浪費(fèi)RAM

第三章電阻式傳感器第64頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月六、電阻應(yīng)變傳感器應(yīng)用假定從8位AD中讀取數(shù)據(jù)，子程序?yàn)間et_ad();

#defineN12

charfilter()

{

charcount,i,j;

charvalue_buf[N];

int

sum=0;

for

(count=0;count<N;count++)

{

value_buf[count]=get_ad();

delay();

}

for(j=0;j<N-1;j++)

{

for(i=0;i<N-j;i++)

{

if(value_buf[i]>value_buf[i+1])

{

temp=value_buf[i];

value_buf[i]=value_buf[i+1];

value_buf[i+1]=temp;

}

}

}

for(count=1;count<N-1;count++)

sum+=value[count];

return(char)(sum/(N-2));第三章電阻式傳感器第65頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月六、電阻應(yīng)變傳感器應(yīng)用6、限幅平均濾波法A、方法：

相當(dāng)于“限幅濾波法”+“遞推平均濾波法”

每次采樣到的新數(shù)據(jù)先進(jìn)行限幅處理，

再送入隊(duì)列進(jìn)行遞推平均濾波處理

B、優(yōu)點(diǎn)：

融合了兩種濾波法的優(yōu)點(diǎn)

對于偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾，可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差

C、缺點(diǎn)：比較浪費(fèi)RAM

第三章電阻式傳感器第66頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月六、電阻應(yīng)變傳感器應(yīng)用7、一階滯后濾波法A、方法：

取a=0~1

本次濾波結(jié)果=（1-a）*本次采樣值+a*上次濾波結(jié)果

B、優(yōu)點(diǎn)：

對周期性干擾具有良好的抑制作用

適用于波動(dòng)頻率較高的場合

C、缺點(diǎn)：

相位滯后，靈敏度低

滯后程度取決于a值大小

不能消除濾波頻率高于采樣頻率的1/2的干擾信號(hào)第三章電阻式傳感器第67頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月六、電阻應(yīng)變傳感器應(yīng)用假定從8位AD中讀取數(shù)據(jù)，子程序?yàn)間et_ad();

/*為加快程序處理速度假定基數(shù)為100，a=0~100*/

#definea50

charvalue;

charfilter()

{

char

new_value;

new_value=get_ad();

return（(100-a)*value+a*new_value）;

}

第三章電阻式傳感器第68頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月FR1R2R4示例：應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置第三章電阻式傳感器第69頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月示例：汽車衡第三章電阻式傳感器第70頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月示例：應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手可用于汽車、摩托車、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、機(jī)械制造和家用電器等領(lǐng)域，準(zhǔn)確控制緊固螺紋的裝配扭矩。量程2~500N.m，耗電量≤10mA，有公制/英制單位轉(zhuǎn)換、峰值保持、自動(dòng)斷電等功能。第三章電阻式傳感器第71頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章電阻式傳感器地音入侵探測器適合于金庫、倉庫、古建筑的防范，挖墻、打洞、爆破等破壞行為均可及時(shí)發(fā)現(xiàn)。第72頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月§2-2電位器式傳感器電位器是一個(gè)機(jī)電傳感元件，它作為傳感器可以將機(jī)械位移或其它能轉(zhuǎn)換為位移的非電量轉(zhuǎn)換為與其有一定函數(shù)關(guān)系的電阻值的變化，從而引起輸出電壓的變化。第三章電阻式傳感器第73頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月一、電位器式傳感器的種類線繞電位器由電阻系數(shù)很高的極細(xì)的導(dǎo)線按一定規(guī)律繞在絕緣骨架上，用電刷（活動(dòng)觸點(diǎn)）調(diào)節(jié)阻值大小。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，輸出特性精度高（可達(dá)0.1%）且穩(wěn)定，輸出信號(hào)大，受環(huán)境影響小。由于電阻元件與電刷間的摩擦，可靠性和壽命受到影響，分辨力也較低。合成膜電位器由電阻液（用石墨、碳黑、樹脂等材料配置而成）噴涂在絕緣骨架表面上形成電阻膜。特點(diǎn)：分辨力高、阻值范圍寬、耐磨性好、工藝簡單、成本低，其線性度在1%左右（經(jīng)修刻后，可提高到0.1%）；接觸電阻大，抗潮性差，噪聲較大。金屬膜電位器在玻璃或陶瓷基體上用真空蒸發(fā)或電鍍的方法涂覆一層金屬復(fù)合膜而制成。特點(diǎn)：電阻系數(shù)小，分辨力高，可工作在高溫環(huán)境；耐磨性差、功率小、阻值較低（1KΩ~2KΩ）。第三章電阻式傳感器第74頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月導(dǎo)電塑料電位器由塑料粉及導(dǎo)電材料（如金屬合金、碳黑、石墨）的粉料經(jīng)塑壓而成。特點(diǎn)：耐磨性極高，電刷接觸壓力要求較大，抗沖擊振動(dòng)性能好，分辨力高，線性度一般2%，阻值范圍大，功率大；阻值易受溫、濕度影響、接觸電阻大、精度不高。

導(dǎo)電玻璃釉電位器以合金（如鈀銀）、合金氧化物（如二硅化鉬）、難溶化合物（如碳化鎢）等為電阻材料，以玻璃釉粉為粘合劑燒結(jié)在陶瓷或玻璃基體上制成。特點(diǎn)：分辨力很高、耐磨、耐高溫、抗?jié)?、阻值范圍廣、電阻溫度系數(shù)?。s±2.5×10-4/℃）；精度不高、接觸電阻大。第三章電阻式傳感器第75頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月光電電位器是一種非接觸式電位器，一光束代替常規(guī)的電刷。一般采用氧化鋁作基體，在其上蒸發(fā)一條帶狀電阻薄膜（鎳鋁合金或鎳鐵合金）和一條導(dǎo)電極（鉻合金或銀）。圖1是這種電位器的結(jié)構(gòu)圖。平時(shí)無光照時(shí)，電阻體和導(dǎo)電電極之間由于光電導(dǎo)層電阻很大而呈現(xiàn)絕緣狀